定向鉆敷管技術在幾內(nèi)亞市政工程中的應用

李俊峰，崔 亮

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300000）

1 項目概況

赤道幾內(nèi)亞市政給、排水管網(wǎng)工程，包括廠站工程和管網(wǎng)工程，其中管網(wǎng)工程又包括新城區(qū)部分和新建高速公路部分，管道敷設長度達230 km。

2 非開挖定向鉆孔鋪管技術介紹

非開挖技術是20世紀70年代初,美國人克林頓·馬丁將定向鉆探技術和傳統(tǒng)的鋪管施工結(jié)合起來，發(fā)明了定向鉆鋪管施工。

目前在我國國內(nèi)，定向鉆敷管技術在市政給、排水施工中已廣泛應用。

3 工程穿越地形及地質(zhì)

馬拉博已建成的高速公路地貌總體走向是東西方向，整個馬拉博是由火山噴發(fā)形成，具有典型火山島地形地貌特征。

高速公路周邊構(gòu)筑物鉆探取芯資料顯示：第一層為腐植土；第二層為粘土；第三層含碎石粘土。工程要敷設的給、排水管道高程位于第二層粘土層上，該層易于鉆機掘進、且地質(zhì)穩(wěn)定。

4 穿管材料、設備的選擇

穿管工程因為要穿越高速公路底部，馬拉博部分高速公路設計時，一些部位路基采用火山灰回填且夾雜孤石，穿管時火山灰對管材及鉆機鉆頭的磨損相當大，這就要求管材在選擇時要謹慎。定向鉆施工常用管材為鋼管和PE管。

穿管工程大部分發(fā)生在道路兩側(cè)開闊、通視的高速公路旁，但在高速公路k5至碼頭路段兩側(cè)修建有大量民房和工廠，大型設備無作業(yè)面，該工程最遠穿越距離在110 m左右，綜合考慮，施工單位選用GBS-20A型鉆機鉆孔，DigiTrak Eclipse地下定位系統(tǒng)跟蹤定位。鉆機采用φ73 mm×3 000 mm 優(yōu)質(zhì)鉆桿，入射角范圍 8°～20°；DigiTrak Eclipse地下定位系統(tǒng)可遠程準確操作，在遠程操作時，會顯示實際深度。

5 定向鉆鋪管施工

5.1 現(xiàn)場勘察放線

為保證導向孔的施工精確要求，施工、設計一同對高速公路十幾處需要進行穿管的管線走向及埋深等情況進行了調(diào)查。測量人員根據(jù)設計圖紙，測量放出管道軸線和檢查井平面位置，定出鉆孔中線和地表走向，根據(jù)管線設計高程及埋深，初步確定導向孔造斜長度和入孔點、出孔點位置。

5.2 導向孔軌跡設計

導向孔一般由3段組成，入土造斜孔段、直線孔段、出土造斜孔段。對于污水管的穿管，這3段施工要求精確控制，入土造斜孔段是鉆具進入鋪管深度的過渡段，一般選在高速公路高程較高一端開始，也就是污水管的上游。直線孔段是鋪設管道段，出土造斜孔段是鉆出段，一般選在高速公路高程較低一端鉆出，也就是污水管的下游。在污水管穿管時，由于施工單位高速公路兩端的污水檢查井安裝完成，因此導向孔設計的軌跡必須與設計管道一致，尤其是坡度的控制嚴格符合設計及規(guī)范要求，否則將可能導致回流或者下游污水檢查井返工。

該工程采用典型的導向孔的形態(tài)，由以下5項基本參數(shù)決定：①穿越起點；②穿越終點；③鋪管深度；④第一弧形孔曲率半徑；⑤第二弧形孔曲率半徑。

直線孔段（管道鋪設段）軌跡設計：先根據(jù)設計圖紙和地面、地下勘查結(jié)果，測量放線，確定管道鋪設軸線，再沿管道軸線起始點，每3 m測放地面高程，用管道中心設計高程減去其正上方的地面高程來確定管道埋深。這樣根據(jù)每3 m的管道埋深來確定管道的鉆孔軌跡。

導向孔弧形段按下面公式算：

入孔：h0=h1-R（1-cosα0）α0——鉆進時的初始傾角；h1——鋪管深度。

X0=h0/tanα0R——弧形孔段曲率半徑，此3個參數(shù)均為根據(jù)。

X1=X0+R sinα工程實際自己確定。X0、h0為入孔直線段

X=X1-R sinα水平距離和深度。

h=h1-R(1-cosα)

出孔：X=Rsinα

h=h1-R(1-cosα)

5.3 定向鉆孔施工

定向鉆孔施工采用GBS-20A型鉆機鉆孔、DigiTrak Eclipse地下定位系統(tǒng)跟蹤定位的工藝。DigiTrak Eclipse地下定位系統(tǒng)包括：傳感器、接收器、遠程顯示器三部分。

鉆進前先對導向儀進行標定，檢測誤差是否在允許范圍內(nèi)，標定合格后方可開始鉆進施工。

在鉆進過程中，要不時對鉆頭定位。鉆頭的定位是通過放置在鉆頭里面的傳感器來實現(xiàn)的。在鉆進過程中，由鉆頭內(nèi)的傳感器不斷發(fā)出的孔內(nèi)信號來調(diào)整鉆頭的鉆進方向，使鉆頭不偏離設計軌跡方向。鉆頭在直線段的鉆進中軸線即為鋪設管道的中軸線。

5.4 反拉擴孔

導向孔施工完成后進行分級擴孔施工。擴孔由小孔徑到大孔徑逐級進行，直至將該鉆孔擴大到1.2倍的設計管道直徑，以方便安裝成品管道。同時將鉆液泵入鉆孔中，保證孔洞完整和不塌方，并將切削下的土屑帶回到地面，為回拉管道創(chuàng)造適宜的環(huán)境。

5.5 回拉管道

在擴孔完成后、管道鋪設前，用水準儀從控制井處，復測擴孔高程。測量無誤后立即將待鋪設的管道與回拉頭、擴孔頭及鉆桿連接，由鉆機牽引將管線拉入已擴鉆孔中，完成管道鋪設。采用GBS-20A定向鉆機，直徑500 cm的管道采用3次擴孔，最大可以拖拉120 m，施工大約需要72 h；直徑300 cm的管道需要擴孔一次，最大可以拖拉180 m，施工大約需要40 h。

5.6 灌注泥漿

管道在鋪設拖拉過程中由于管道與孔洞中泥漿摩擦，管道進口部分2～3 m范圍內(nèi)泥漿被帶走，管道其余部分均被泥漿緊緊包裹，鋪設完成后，為防止鉆孔需要對管道進口部分2～3 m范圍進行灌漿，確保鉆孔與管道緊密結(jié)合，采用灌注泥漿法。拌制合適的泥漿，用壓力泵往鉆孔中灌注泥漿，直到鉆孔溢滿。

5.7 連接檢查井

管道拖拉就位后，清理控制井，砌筑檢查井。管道與檢查井墻接頭處應安放遇水膨脹橡膠止水圈或其它止水材料。控制井外側(cè)回填時，先回填中粗砂至管頂以上0.5 m，再分層回填土方夯實。

6 結(jié)語

穿管結(jié)束后，管理公司組織業(yè)主、工程師以及分包商按照中歐規(guī)范對管道進行閉水壓力驗收，質(zhì)量全部合格。

［1］蔡亮學，何利民，呂宇玲，薛振興.水平定向鉆穿越方案設計方法研究［J］.石油工程建，2010（2）.

［2］劉建華，黎曉林.定向鉆非開挖技術在城市建設中的應用［J］.中國市政工程，2006（6）.